(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、
前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路により駆動され洗濯兼脱水槽を駆動する直流ブラシレスモータと、
前記直流ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、
前記ブラシレスモータの電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記直流ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分とに分解してそれぞれ所望の値となるように制御するベクトル制御を実施し、前記直流ブラシレスモータの起動直後には前記トルクに対応した電流成分を一定に保つ制御を行った後、前記ロータ位置検出手段による回転数を所望の回転数となるようにＰＩ制御を行うよう切り換えるものであって、前記ロータ位置検出手段によって前記直流ブラシレスモータのロータが、ベクトル制御を開始してから所定の角度を回転したことを検出した後に前記回転数ＰＩ制御への切り換えを行う洗濯機のモータ駆動装置。
【請求項２】
回転数ＰＩ制御への切り換え時に、トルクに対応した電流成分の目標値が連続となるようにし、ＰＩ制御の目標回転数を切り換え時の回転数から徐々に最終所望の目標回転数へと上げていく制御を行う請求項１記載の洗濯機のモータ駆動装置。
【請求項３】
ＰＩ制御の目標回転数を上げている際にはＰＩ制御の積分項の積分を停止するように制御を行う請求項２記載の洗濯機のモータ駆動装置。
【請求項４】
直流ブラシレスモータの起動時には電圧制御方式とし、その後ベクトル制御を開始するようにし、ベクトル制御への切り換え時に、トルクに対応した電流成分の目標値が連続となるように制御を行う請求項３記載の洗濯機のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動する洗濯機のモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動装置においては、インバータ回路と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された電流に基づいてモータをベクトル制御することにより、モータのトルク制御を高精度に行うことが出来る。
【０００３】
洗濯機のモータ駆動装置としては、モータが洗濯兼脱水槽という負荷を所望の回転速度で駆動することが洗濯機の性能を実現するために重要である。この所望の回転速度で安定駆動させるためには、前記のベクトル制御によるモータのトルク制御の前段において、回転速度をＰＩ制御するのが効果的である。
【０００４】
ただし、モータの起動段階における回転速度が低い領域では、モータに流れる電流及び回転数を精度よく検知することが困難な為、ベクトル制御ではなく通常の電圧制御を実施し、前記電圧制御により回転速度が十分高くなった段階からベクトル制御を実施する方式が一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５３０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の従来の制御では、以下のような課題がある。前記の通り、回転速度が高くなった後でベクトル制御を開始するので、モータを起動してからベクトル制御へ移行するまでの間は回転速度を精度よく制御することが困難である。洗濯機における洗い工程においては、洗濯兼脱水槽の回転による衣類の攪拌を繰り返す必要があり、モータの起動を何度も繰り返す為、特に課題である。また、ドラム式洗濯機の場合は、洗濯兼脱水槽の回転軸がほぼ水平となっており、起動時には洗濯水と共に衣類を掻き上げる動作となることから起動時の回転速度を精度よく制御することが必要である。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、モータ起動の後にモータの回転速度を精度よく制御する洗濯機のモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記課題を解決するために、交流電源と、交流電源に接続した整流回路と、整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路により駆動され洗濯兼脱水槽を駆動する直流ブラシレスモータと、直流ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、ブラシレスモータの電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路を制御する制御手段とを備え、制御手段は、直流ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分とに分解してそれぞれ所望の値となるように制御するベクトル制御を実施し、直流ブラシレスモータの起動直後には前記トルクに対応した電流成分を一定に保つ制御を行った後、ロータ位置検出手段による回転数を所望の回転数となるようにＰＩ制御を行うよう切り換えるものであって、ロータ位置検出手段によって直流ブラシレスモータのロータが、ベクトル制御を開始してから所定の角度を回転したことを検出した後に前記回転数ＰＩ制御への切り換えを行うようにしたものである。
【０００９】
これにより、電流検知が不要な電圧制御でモータを起動した後、電流検知が可能となった後にベクトル制御による一定トルクでのモータ制御を行い、さらに回転数検知の精度が得られるようになった後にモータ回転数のＰＩ制御を実施することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータ起動を確認した後の電流検知が可能となった時点でベクトル制御へ移行し、かつ回転数制御が可能となった時点で、ベクトル制御のトルク電流の指令を回転数ＰＩ制御で行うことができ、かつ各制御の切り換え時にトルク電流指令の変動が無い為、モータ起動の後にモータの回転速度を精度よく制御することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例の洗濯機のモータ駆動装置の一部ブロック化した回路図
【図２】同洗濯機のモータ駆動装置のタイムチャート
【図３】同洗濯機のモータ駆動装置の洗い工程の制御フローチャート
【図４】同洗濯機のモータ駆動装置の電圧制御時のフローチャート
【図５】同洗濯機のモータ駆動装置の初期ベクトル制御時のフローチャート
【図６】同洗濯機のモータ駆動装置の回転数ＰＩ制御時のフローチャート
【図７】同洗濯機のモータ駆動装置の初期ベクトル制御時のフローチャート
【図８】同洗濯機のモータ駆動装置のモータ駆動サブルーチンのフローチャート
【図９】同洗濯機のモータ駆動装置のキャリヤ信号割込サブルーチンのフローチャート
【図１０】同洗濯機のモータ駆動装置の位置信号割込サブルーチンのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯兼脱水槽を駆動する直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータの電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記直流ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分とに分解してそれぞれ所望の値となるように制御するベクトル制御を実施し、前記直流ブラシレスモータの起動直後には前記トルクに対応した電流成分を一定に保つ制御を行った後、前記ロータ位置検出手段による回転数を所望の回転数となるようにＰＩ制御を行うよう切り換えるものであって、前記ロータ位置検出手段によって前記直流ブラシレスモータのロータが、ベクトル制御を開始してから所定の角度を回転したことを検出した後に前記回転数ＰＩ制御への切り換えを行う洗濯機のモータ駆動装置である。
【００１３】
このような構成によって、回転数検知が高精度に行えないモータ起動直後にベクトル制御による一定トルク制御を行い、その後回転数検知情報を使って回転数ＰＩ制御によりトルク制御を行うことにより、モータ起動直後からモータのトルク制御による安定した回転制御を行うことが出来る。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、回転数ＰＩ制御への切り換え時に、トルクに対応した電流成分の目標値が連続となるようにし、ＰＩ制御の目標回転数を切り換え時の回転数から徐々に最終所望の目標回転数へと上げていく制御を行うものである。
【００１５】
このような構成により、制御の切り換え時点でトルク電流を連続となるように保つことによって、異なる制御への切り換え時のトルクの変動を防ぐことができる。また、ＰＩ制御への切り換え時点ではモータ回転数は最終の目標回転数を下回っているため、ＰＩ制御の目標回転数を時間と共に徐徐に上げていくことで、回転数の大きな変動に伴うトルク電流の大きな変動を防ぐことが出来る。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明において、ＰＩ制御の目標回転数を上げている際にはＰＩ制御の積分項の積分を停止するように制御を行うものである。
【００１７】
このような構成により、目標回転数を徐々に上げている時点では、モータ回転数と目標回転数の差が定常的に発生し、ＰＩ制御の積分項の積分を実施してしまうと目標回転数の上昇に伴って積分項が大きくなり、結果としてオーバシュートが発生してしまう。積分を停止することで回転数のオーバシュートを防ぐことが出来る。
【００１８】
第４の発明は、第３の発明において、直流ブラシレスモータの起動時には電圧制御方式とし、その後ベクトル制御を開始するようにし、ベクトル制御への切り換え時に、トルクに対応した電流成分の目標値が連続となるように制御を行うものである。
【００１９】
通常、ベクトル制御時には電流検知の高い精度が必要だが、モータが停止している起動時には電流は流れておらず検知が出来ないが、モータの起動時のみ電圧制御方式とし、モータが起動して電流検知が可能となった段階でベクトル制御に移行することで、モータ起動直後からモータのトルク制御による安定した回転制御を行うことが出来る。また、制御の切り換え時点でトルク電流を連続となるように保つことによって、異なる制御への切り換え時のトルクの変動を防ぐことができる。
【００２０】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る洗濯機のモータ駆動装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１に示すように、交流電源１は、整流回路２に交流電力を加え、整流回路２は整流器２０とコンデンサ２１により直流電力に変換し、直流電圧をインバータ回路３に加える。
【００２２】
インバータ回路３は、６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と逆並列ダイオードおよびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（  以下、ＩＰＭという）で構成している。インバータ回路３の出力端子にモータ４を接続し、撹拌翼（  図示せず）  または洗濯兼脱水槽（  図示せず）
を駆動する。
【００２３】
モータ４は直流ブラシレスモータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置（回転子位置）をロータ位置検出手段４ａにより検出する。ロータ位置検出手段４ａは、通常、３個のホールＩＣにより構成し、電気角６０度ごとの位置信号を検出する。電流検出手段５は、モータ４の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するもので、通常は直流電流を含む低周波数から測定可能な直流電流トランスを用いる。また、交流電流トランスあるいはシャント抵抗でも検出可能である。また、３相モータの場合、２相の電流を求め、キルヒホッフの法則（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）  より残りの１相を求める方法が一般的である。
【００２４】
制御手段６は、ロータ位置検出手段４ａと、電流検出手段５によりインバータ回路３をベクトル制御してモータ４の回転数を制御するものである。制御手段６は、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータに内蔵したインバータ制御タイマー（ＰＷＭタイマー）、高速Ａ／Ｄ変換回路、メモリ回路（ＲＯＭ  、ＲＡＭ）等より構成し、ロータ位置検出手段４ａの出力信号より電気角を検知する電気角検知手段６０と、電流検出手段５の出力信号と電気角検知手段６０の信号より磁束に対応した電流成分Ｉｄとトルクに対応した電流成分Ｉｑに分解する３相／２相ｄｑ変換手段６１と、静止座標系から回転座標系に変
換、あるいは逆変換するのに必要な正弦波データ（ｓｉｎ、ｃｏｓデータ）を格納する記憶手段６２と、磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを３相モータ駆動制御電圧ｖｕ  、ｖｖ  、ｖｗに変換する２相／  ３相ｄｑ逆変換手段６３と、３相モータ駆動制御電圧ｖｕ  、ｖｖ、ｖｗに応じてインバータ回路３のＩＧＢＴのスイッチングを制御するＰＷＭ制御手段６４などを備えている。
【００２５】
さらに、行程に応じてモータ４の起動、停止、回転数、および制動等を制御する設定変更手段６５と、ロータ位置検出手段４ａの出力信号より回転数を検知する回転数検知手段６６と、Ｉｑの電流設定信号Ｉｑｓを決定するトルク電流制御手段６７と、設定変更手段６５からのｄ  軸（ｄｉｒｅｃｔ−ａｘｉｓ）電流設定信号Ｉｄｓ  、トルク電流制御手段６７からのｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ａｘｉｓ）電流設定信号Ｉｑｓと、３相／２相ｄｑ変換手段６１より演算したＩｄとＩｑを比較しモータ電流を制御するための磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを演算するモータ電流制御手段６８とを備えている。
【００２６】
さらに、モータ起動の際に固定の電圧変調度をモータに印可するための電圧を出力する初期電圧制御手段６９ａと、初期電圧制御手段６９ａからの入力と、２相／  ３相ｄｑ逆変換手段６３からの入力とを、設定変更手段６５からの切り換え指令により切り替えてＰＷＭ制御手段６４に出力する電圧制御切替手段６９とを備えている。
【００２７】
トルクに対応したｑ軸電流Ｉｑが設定値Ｉｑｓとなるようにフィードバック制御することにより定トルク制御が可能となる。しかし、回転数が上昇するとモータ誘起電圧が上昇してトルク電流Ｉｑが増加しなくなるので、回転数に応じてｄ軸電流を増加させる、いわゆる弱め磁束制御によりｑ軸電流も増加させることができ、トルクを増加させることができる。
【００２８】
図２は各部の波形関係を示し、ロータ位置検出手段４ａの出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のエッジ信号は６０度ごとに変化して、各部状態信号より３６０度を６分割した角度が判別できる。信号Ｈ１がローからハイとなるハイエッジを基準電気角０度として示し、モータ４のＵ相巻線誘起電圧Ｅｃは、基準信号Ｈ１から３０度遅れた波形となる。Ｕ相モータ電流Ｉｕとモータ誘起電圧Ｅｃの位相を同じにすると最大効率が得られる。モータ誘起電圧Ｅｃがｑ軸と同等軸となり、ｄ軸は９０度遅れている。ｑ  軸電流はモータ誘起電圧位相と同相なのでトルク電流と呼ばれる。
【００２９】
図２において、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃよりわずかに進んで、モータ印加電圧ＶｕはＵ相巻線誘起電圧Ｅｃより３０度進んだ波形を示す。ｖｃはＰＷＭ制御手段６４内で生成される鋸歯状（または三角波）波形のキャリヤ信号で、ｖｕは正弦波状のＵ相制御電圧でキャリヤ信号ｖｃとＵ相制御電圧ｖｕを比較したＰＷＭ信号ＵをＰＷＭ制御手段６４内で発生させ、インバータ回路３のＵ相上アームトランジスタの制御信号として加える。ｃｋはキャリヤ信号ｖｃの同期信号で、キャリヤカウンタがカウントアップしてオーバーフローしたときの割込信号である。
【００３０】
モータ４のロータ磁石軸とステータの磁束軸が一致した電気角をｄ軸として基準電気角０度として静止座標系から回転座標系への座標変換、すなわち、ｄｑ変換を行うので、電気角検知手段６０は、ロータ位置検出手段４ａの出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３より３０度、９０度、１５０度等の電気角を検知し、６０度毎以外は推定により電気角θを求める。
【００３１】
一般的に、磁束に対応した電流成分をｄ軸電流Ｉｄと呼び、永久磁石の磁束と界磁の磁束が同軸上で永久磁石が界磁に吸引された状態なのでトルクは零となる。また、ｄ軸から電気角で９０度の角度で誘起電圧位相と同じ位相となりトルク最大となる軸をｑ軸と呼び
、トルクに対応した電流成分なのでｑ軸電流Ｉｑと呼ぶ。さらに、ｄ軸電流を負の方向に増加させるとｄ軸上の界磁磁束を弱めることと等価となるので界磁弱め制御、あるいは弱め磁束制御（  または磁束弱め制御）  と呼ばれる。また、ｄ軸電流とｑ軸電流に分解してそれぞれ独立に制御するのでベクトル制御と呼ばれる。
【００３２】
３相／２相ｄｑ変換手段６１は、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを（数１）によりｄ  軸電流Ｉｄとｑ  軸電流Ｉｑに変換するもので、電気角θに対応して検出したモータ電流瞬時値よりＩｄ  、Ｉｑ  を演算する。
【００３３】
【数１】
0005671696.tif 000002
【００３４】
記憶手段６２には、ｓｉｎθとｃｏｓθのデータを記憶しているので、電気角データに対応したデータを呼び出して積和演算を行うことにより、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに分解できる。電気角θの検知とモータ電流瞬時値の検出はキャリヤ信号に同期して行うもので、後述するフローチャートに従い、詳細な説明を行う。
【００３５】
回転数検知手段６６は、ロータ位置検出手段４ａの出力基準信号Ｈ１よりモータ回転数を検知し、回転数信号を設定変更手段６５、回転数制御手段６７に加える。設定変更手段６５は、モータ４の起動制御と回転数の設定、初期電圧制御とベクトル制御の切り換え、回転数に応じたｄ軸電流Ｉｄｓの設定、トルク電流制御手段６７への目標回転数Ｎｓの設定、ＰＩ制御パラメータ設定、初期ベクトル制御と回転数のＰＩ制御との切り換え、及びモータ電流制御手段６８にｄ軸設定信号Ｉｄｓを加える。
【００３６】
トルク電流制御手段６７は、検知回転数ｎと設定回転数Ｎｓを比較する回転数比較手段６７ａと、検知回転数ｎと設定回転数Ｎｓとの誤差信号Δｎと、回転数の変化率（加速度）に応じてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを制御するトルク電流設定手段６７ｂと、ベクトル制御の初期段階に回転数ｎによらずにｑ軸電流設定値を設定する初期Ｉｑｓ設定手段６７ｄと、ｑ軸電流設定値Ｉｑｓをトルク電流設定手段６７ｂから出力するか、あるいは、初期Ｉｑｓ設定手段６７ｄからの出力にするかを切り替えるｑ軸電流切り換え手段６７ｃより構成される。
【００３７】
トルク電流設定手段６７ｂは、誤差信号Δｎに応じてｑ軸電流設定値ＩｑｓをＰＩ制御する、いわゆる、回転数制御電流マイナーループ制御を行う。ＰＩ制御の際のゲインなどの設定切り換えについては設定変更手段６５からの指示を受けるもので、後述するフローチャートに従い説明を行う。
【００３８】
初期Ｉｑｓ設定手段６７ｄは、設定変更手段６５から設定されたＩｑ０を初期値として
、固定のトルク電流まで上げる制御を行う。
【００３９】
モータ電流制御手段６８は、３相／２相ｄｑ変換手段６１の出力信号Ｉｑ、Ｉｄと設定信号Ｉｑｓ  、Ｉｄｓをそれぞれ比較して制御電圧信号Ｖｑ  、Ｖｄを出力するもので、ｑ軸電流比較手段６８ａ  、ｑ軸電圧設定手段６８ｂ  、ｄ軸電流比較手段６８ｃ、ｄ軸電圧設定手段６８ｄより構成し、ｑ軸電流とｄ軸電流をそれぞれ制御する電圧信号Ｖｑ  、Ｖｄを生成する。
【００４０】
ｄ軸電流設定値Ｉｄｓは、設定変更手段６５からモータ電流制御手段６８に信号が加えられるもので、埋め込み磁石モータの場合には回転数に応じてｄ軸電流設定値Ｉｄｓを増加させて弱め界磁制御を行う。表面磁石モータの場合には、通常Ｉｄｓは零に設定し、高回転数駆動の場合にＩｄｓを増加させる。洗い工程の際の攪拌においては回転数は低く設定されるため、Ｉｄｓは零近くの所定の値に設定し、衣類を遠心脱水する際には回転数が高くなるに応じてＩｄｓをマイナス側に増加させる処理を行うが、本実施例では洗い工程についての説明であり、Ｉｄｓは所定の値に固定化するので、以降Ｉｄｓについては特に記載しないこととする。
【００４１】
２相／３相ｄｑ逆変換手段６３は、電圧信号Ｖｑ、Ｖｄより３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを（数２）より演算するもので、キャリヤ信号に同期して、電気角検知手段６０により検知した電気角θに対応した正弦波状の信号をＰＷＭ制御手段６４に加える。記憶手段６２に記憶したｓｉｎθ、ｃｏｓθの積和演算の方法は、３相／２相ｄｑ変換手段６１の演算とほぼ同じである。
【００４２】
【数２】
0005671696.tif 000003
【００４３】
上記構成において図３から図１０を参照しながら動作を説明する。図３は本実施例におけるモータ制御の切り替わりを示すフローチャートで、ステップ１００により洗い工程における攪拌動作を行うためのモータ制御を開始する。
【００４４】
制御の第一段階ではステップ１０１にて電圧制御を実施してモータ起動制御する。モータ起動時には電流検知を高精度に実施できないため、ベクトル制御が行えないが、モータの回転を検知してモータが起動したことを確認後、ステップ１０２にて回転数によらない初期のベクトル制御を実施する。
【００４５】
起動直後は回転数を高精度に検知することが出来ないため、ステップ１０２ではトルク電流の設定値Ｉｑｓは回転数によらない制御とし、さらにモータが回転したことを回転角度の検知により確認後、ステップ１０３にてモータの回転数をＰＩ制御する回転数制御電流マイナーループ制御を実施する。
【００４６】
図４にて図３のステップ１０１の電圧制御によるモータの起動を説明する。電圧制御の時点では、モータが起動していない状態で電流が流れていない。そのため電流検知の精度が得られず、ベクトル制御による制御が実施できない。
【００４７】
ステップ２００にて電圧制御を開始した後、ステップ２０１にて電圧制御のための初期設定を実施する。初期設定には、電圧制御時の電圧を規定する変調度が少なくとも含まれる。
【００４８】
ステップ２０２にて前記の変調度を電圧制御開始からの時間に応じて大きくしていき、ステップ２０３にて前記変調度に応じた電圧をモータに印加することで、時間とともに徐徐にモータ印加電圧を大きくすることでモータのソフトスタートを行う。
【００４９】
ステップ２０４にて電圧制御開始からのモータの回転角度がモータが起動したと確認できる角度Ａまで回った場合、電圧制御を終了し、次の初期ベクトル制御を開始し、角度Ａよりも回っていなかった場合は、ステップ２０２へ戻って変調度を上げてモータを駆動する処理を繰り返す。角度Ａとしては、ロータ位置検出手段４ａからの信号が電気角６０度ごとであるので、その３倍の電気角１８０度程度と設定すれば良い。
【００５０】
この電圧制御により、停止状態からの動作時の電流検知が行えない場合でもモータの起動を行うことが出来、角度Ａを小さく設定することでモータ起動の後即座に次のベクトル制御による制御を開始することが出来る。
【００５１】
図５にて図３のステップ１０２の初期ベクトル制御によるモータ制御の動作を説明する。初期ベクトル制御の時点では、前記電圧制御によってモータは回転を始めているが、ロータ検出手段４ａからの信号は電気角６０度ごとであることから回転数検知の精度が得られない。そのため、ベクトル制御によるｑ軸電流によってトルクを制御するが、ｑ軸電流の制御には回転数の情報は利用しない。
【００５２】
ステップ３００にて初期ベクトル制御を開始すると、ステップ３０１にてその時点のｑ軸電流と所定の電流値ＭＩＮ＿ＩＱと比較する。ｑ軸電流がＭＩＮ＿ＩＱよりも大きい場合は、ステップ３０２でｑ軸電流設定値Ｉｑｓの初期値にその時点のｑ軸電流を設定する。ｑ軸電流が低くＭＩＮ＿ＩＱよりも小さい場合には、ステップ３０３でｑ軸電流設定値Ｉｑｓの初期値にＭＩＮ＿ＩＱを設定する。
【００５３】
洗濯機内の衣類および洗濯水などの重量、およびモータ起動時に衣類が絡み合ってアンバランス状態にあるかどうかによって、モータにかかる負荷が変動し、結果としてモータを起動する際に必要なトルクは変動する。ＭＩＮ＿ＩＱの設定により、最低限のトルク電流の設定をすることになり、結果として最低限のモータトルクを設定することになる。  
【００５４】
モータにかかる負荷が低い場合には、最低限のトルクに対応するＭＩＮ＿ＩＱをｑ軸電流設定値とし、モータにかかる負荷が高く、ステップ３０１の時点のｑ軸電流Ｉｑが大きい場合には、そのＩｑをｑ軸電流設定値Ｉｑｓの初期値とするわけである。
【００５５】
次にステップ３０４の初期ベクトル制御を開始してからの時間が１００ｍｓ以内かどう
かによって分岐し、１００ｍｓを超えていた場合、ステップ３０７にてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを所定のＴＧＴ＿ＩＱの値とし、１００ｍｓを超えていなかった場合は、ステップ３０５にてＩｑｓがＴＧＴ＿ＩＱより小さいかどうかによってさらに分岐する。
【００５６】
ステップ３０５にてＩｑｓがＴＧＴ＿ＩＱを超えていた場合には、ステップ３０７にてｑ軸電流設定値ＩｑｓをＴＧＴ＿ＩＱに設定することで制限し、ＩｑｓがＴＧＴ＿ＩＱを超えていなかった場合には、ステップ３０６にてＩｑｓを時間とともに大きくする。
ステップ３０６でのＩｑｓを大きくする際には、ベクトル制御開始から１００ｍｓ後にＴＧＴ＿ＩＱになるようにする。
【００５７】
ステップ３０６もしくは３０７にて設定したｑ軸電流設定値Ｉｑｓを使って、ステップ３０８にてベクトル制御を実施し、その結果をステップ３０９でのモータ駆動に利用する。
【００５８】
ステップ３０９でのモータ駆動の制御に関しては、図８を用いて説明する。ステップ６００よりモータ駆動サブルーチンが開始すると、次にステップ６０１に進んでキャリヤ信号割込の有無を判定する。キャリヤ信号割込とは、ＰＷＭ制御手段６５のキャリヤカウンタがオーバーフローすると発生する割込信号ｃｋにより実行するもので、ステップ６０２に進んでキャリヤ信号割込サブルーチンを実行する。
【００５９】
図９は、キャリヤ信号割込サブルーチンの詳細フローチャートを示し、ステップ７００よりキャリヤ信号割込サブルーチンを開始し、ステップ７０１にて割込信号ｃｋをカウントする。つぎに、ステップ７０２に進んでロータ位置電気角θを演算する。ロータ位置信号θは、別途求めたキャリヤ信号１周期当たりの電気角Δθとキャリヤカウンタのカウント値ｋを掛けた値ｋ・Δθを、ロータ位置検出手段４ａより検知できる６０度ごとの電気角φを加えることで推定演算する。
【００６０】
モータ４を８極、キャリヤ周波数を１５．６ｋＨｚ  、回転数を９００ｒ／ｍｉｎとするとモータ駆動周波数は６０Ｈｚとなり、電気角６０度内のキャリヤカウンタカウント値ｋは約４３となる。よって、Δθは約１．４度となる。モータ回転数が低い程、電気角６０度内のカウント値ｋは高くなり、演算上の電気角検知分解能は向上するので、回転数が低く精度が要求される場合でも問題はないことがわかる。
【００６１】
つぎに、ステップ７０３に進んでモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する。電流検出１回ではノイズが含まれる可能性があるので、ステップ７０４に進んで再度検出し、ステップ７０５にて平均値を求めてノイズを除去し、Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）よりモータ電流Ｉｗを演算する。ここではノイズ除去の為に単純な二回平均値にてモータ電流Ｉｕ、Ｉｖとしたが、この方式に限定されるものではない。たとえば、前回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流と今回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流との変化分を算出し、変化分を一定比率で低減して前回検出した電流に足し合わせるようなローパスフィルター機能を構成してノイズ除去を実施しても良い。
【００６２】
つぎに、ステップ７０６に進んで電気角θとモータ電流より、（数１）に示した演算を行い、３相／２相ｄｑ変換を行い、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを求める。つぎにステップ７０７に進んでＩｄ  、Ｉｑをメモリし、別途ベクトル制御データとして用いる。
【００６３】
次に、ステップ７０８に進んでｄ軸制御電圧Ｖｄ  、ｑ軸制御電圧Ｖｑを呼び出し、ステップ７０９に進んで（数２）に従い２相／３相ｄｑ逆変換を行い、３相制御電圧ｖｕ  、ｖｖ  、ｖｗを求める。この逆変換は、ステップ７０６と同じように記憶手段６２の電気角に対応したｓｉｎ  θ、ｃｏｓθデータを用い、積和演算を高速で行う。つぎに、ス
テップ７１０に進んで３相制御電圧ｖｕ  、ｖｖ  、ｖｗ  に対応したＰＷＭ制御を行い、ステップ７１１に進んでサブルーチンをリターンする。
【００６４】
ＰＷＭ  制御は、図２でも説明したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各相に対応して、鋸歯状波（または三角波）のキャリヤ信号と制御電圧ｖｕ  、ｖｖ  、ｖｗ  を比較してインバータ回路３のＩＧＢＴオンオフ制御信号を発生させ、モータ４を正弦波駆動するもので、上アームトランジスタと下アームトランジスタの信号は逆転された波形で、上アームトランジスタの導通比を増加すると出力電圧は正電圧が増加し、下アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は負電圧が増加する。
【００６５】
導通比を５０％  にすると出力電圧は零となる。電気角θに対応して制御電圧を正弦波状に変化させると正弦波状の電流が流れる。正弦波駆動の場合、トランジスタの導通比を最大値１  ０  ０  ％  にしたとき、出力電圧は最大となり変調度Ａｍは１００％で、導通比の最大値を５０％にしたとき、出力電圧は最低となり変調度Ａｍは０％と呼ぶ。
【００６６】
モータ電流をベクトル制御するための、３相／２相ｄｑ変換と２相／３相ｄｑ逆変換をキャリヤ毎に高速で実行するので、高速の電流制御が可能となり、さらにキャリヤ毎にベクトル制御することにより洗濯兼脱水槽を負荷変動に対応して適切なトルク駆動することができる。
【００６７】
図８に戻って、キャリヤ信号割込サブルーチンを実行した後、ステップ６０３に進み、位置信号割込の有無を判定する。位置信号Ｈ１  、Ｈ２  、Ｈ３のいずれかの信号が変化すると割込信号が発生し、ステップ６０４に進んで、図１０に示す位置信号割込サブルーチンを実行する。図２に示すように、電気角６０度ごとに割込信号が発生する。
【００６８】
ここで図１０により、位置信号割込サブルーチンについて説明する。ステップ８００より位置信号割込サブルーチンを開始し、ステップ８０１に進んで位置信号Ｈ１  、Ｈ２、Ｈ３を入力し位置検出を行い、つぎに、ステップ８０２に進んで位置信号よりロータ電気角θｃを検出する。つぎに、ステップ８０３に進んでキャリヤ信号割込サブルーチンでカウントしているカウント値ｋをｋｃにメモリし、ステップ８０４に進んでカウント値ｋをクリヤし、ステップ８０５に進み、電気角６０度間のキャリヤカウンタカウント値ｋｃより１キャリヤの電気角Δθを演算する。
【００６９】
つぎに、ステップ８０６に進んで基準位置信号Ｈ１による割込信号かどうかを判定し、基準位置信号割込ならばステップ８０７に進んで回転周期測定タイマーＴのカウント値Ｔを周期Ｔｏとしてメモリし、ステップ８０８に進んでタイマーＴをクリヤし、ステップ８０９に進んでモータ回転数ｎを演算する。つぎに、ステップ８１０に進んで回転周期測定タイマーのカウントを開始させ、ステップ８１１に進んでサブルーチンをリターンする。
【００７０】
回転周期測定タイマーの検知分解能を８ｂｉｔ精度にすると、クロックは６４μｓとなりキャリヤ信号をクロックに使用できるが、回転制御性能を向上するためには回転周期検知分解能を向上させる必要があり、クロックの周期は１〜１０μｓに設定する必要がある。この場合には、マイクロコンピュータのシステムクロックを分周してクロックに使用する。
【００７１】
以上に説明した回転数検知方法は、位置信号Ｈ１の周期から求める方法を示したが、位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３をすべて使用してもよい。また、キャリヤ信号を三角波にすると、キャリヤカウンタタイマーの周期は鋸歯状波の２倍となるので、三角波のオーバーフロー信号をクロックにすると分解能が向上するので三角波タイマーのオーバーフロー信号をクロックにしてもよい。
【００７２】
図５に戻って、ステップ３０９のモータ駆動の後、ステップ３１０にてモータの回転角度が、初期ベクトル制御を開始してから角度Ｂよりも回っていた場合は、初期ベクトル制御を終了し、まだ角度Ｂに達していない場合には、ステップ３０４に戻ってｑ軸電流設定値Ｉｑｓの設定からを繰りかえす。角度Ｂはモータの回転数ｎを精度良く検知出来る程度の信号がロータ位置検出手段４ａから得られる角度に設定すれば、回転数制御を実施する次の回転数ＰＩ制御へ早く移行することができる。ロータ位置検出手段４ａからの信号は電気角６０度ごとであるので、その３倍の電気角１８０度程度を角度Ｂと設定すれば良い。
【００７３】
洗濯機におけるモータ負荷は回転によって負荷の状況が変化することから、回転に必要なトルクも変動するが、ステップ３０３でｑ軸電流設定値をＭＩＮ＿ＩＱ以上にすることで、電圧制御によるモータ起動までは負荷が軽く、その後負荷が変動して大きなトルクが必要になる場合にも最低限のトルクをかけることができる。
【００７４】
また、ｑ軸電流設定値を初期ベクトル制御の最初の１００ｍｓで目標のトルクとなるＴＧＴ＿ＩＱになるまで上げていくことで、急激なｑ軸電流の変化を起こすことなく、結果として急激なモータ回転の変動を抑えることができる。
【００７５】
ベクトル制御によってｑ軸電流を適切に制御することで、モータトルクを適切に制御することができるので、モータ起動直後の回転数を精度良く検知出来ない状態でも、極端なモータ回転数のオーバシュートや、回転停止を防ぐことができる。また、モータの回転角度の検知により、回転数を精度良く検知できるようになったことを判定して、次の回転数ＰＩ制御に迅速に進むことができる。
【００７６】
次に、図６にて図３のステップ１０３の回転数ＰＩ制御によるモータ制御の動作を説明する。回転数ＰＩ制御に移行した段階では、モータは回転を始めた段階でまだ洗い工程の攪拌時に設定したい回転数には達していない。そこで回転数ＰＩ制御での動作を大きく２段階に分け、まずモータ回転の目標回転数を初期回転数から徐徐に上げていく段階と、目標回転数を洗い工程の攪拌時に設定したい回転数に固定する段階とする。前者の段階は図６中のステップ４０４からステップ４０８であり、後者がステップ４１０から４１３である。以下では、洗い工程の攪拌時に設定したい回転数を最終目標回転数とする。
【００７７】
回転数ＰＩ制御は、（数３）であらわされる制御となる。
【００７８】
【数３】
0005671696.tif 000004
【００７９】
右辺の第一項を回転数の差に対して比例する項なのでＰ項、第二項が回転数の差の積分の項なのでＩ項と呼ぶ。また、ＫｐをＰ項ゲイン、Ｋｉ１およびＫｉ２をＩ項ゲインと呼ぶ。
【００８０】
ステップ４００にて制御を開始すると、ステップ４０１にて回転数ＰＩ制御で利用するＰ項のゲインＫｐとＩ項のゲインＫｉ１に所定の加速用設定ゲインを設定し、Ｉ項のゲインＫｉ２は０に設定する。
【００８１】
Ｋｉ２を０に設定するので、積分項の新たな積分が実施されないことになる。目標回転数を上げていく加速段階では、目標回転数に対して実際の回転数が下回る傾向にあるため、この段階で回転数の差の積分を実施すると、積分項が大きくなりすぎて定常状態になっ
た段階でオーバシュートしてしまうので、積分項の新たな積分を実施しないことにするわけである。
【００８２】
次に、ステップ４０２にてＰＩ制御で利用する目標の回転数の初期値を、ＰＩ制御開始時点に検知されている回転数ｎに設定する。次にステップ４０３にてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを回転数ＰＩ制御の開始前後で連続的に変化させる為に、ＰＩ制御でのＩ項の初期値を設定する。
【００８３】
ステップ４０３の詳細は図７にて説明する。ステップ５００にてＩ項初期値設定を開始すると、ステップ５０２にて、Ｉ項初期値をｑ軸電流設定値Ｉｑｓを回転数ＰＩ制御の開始前後で連続となるように仮設定する。
Ｉ項初期値とは、（数３）のＩ項をＰＩ制御前後の二つの積分に分けた場合の、ＰＩ制御前に積分されていたとするＩ項の値となる。実際のＩ項はこのＩ項初期値に加えて、ＰＩ制御後の積分の値を加算したものとなる。
【００８４】
なお、本実施例ではステップ４０３の段階では目標回転数Ｎｓと実際の回転数ｎが一致しているため、（数３）でのＰ項部分は０となるが、これに限定されるものではない。ステップ４０２で設定する回転数の初期値を実際の回転数に一致させていない場合には、０とならない演算となる。
【００８５】
次に、ステップ５０３にて、現在の回転数ｎと最終目標回転数とを比較する。回転数が最終目標回転数以上ならば、モータの負荷が軽く、回転数ＰＩ制御以前の制御によってモータの回転が最終目標回転数を上回っていることを意味する。この場合は、回転数ＰＩ制御以前のｑ軸電流の値を継続すると、モータの回転数がオーバシュートしてしまうので、ｑ軸電流設定値を、前記のステップ５０２で仮設定した値から下げる。具体的には、ステップ５０４にて仮設定していたＩ項の初期値を半分に設定し、結果としてｑ軸電流設定値を半分とする。
【００８６】
ステップ５０３にて現在の回転数が最終目標回転数よりも低かった場合には、ステップ５０５にて現在の回転数と最終目標回転数との差によってさらに分岐する。回転数が最終目標回転数との差が所定の回転数Ｃの範囲内であれば、モータの回転数がオーバシュートしないように、現在回転数と最終目標回転数の差の回転数に応じてＩ項をステップ５０４にて仮設定していた値から、その半分までの間で比例配分する。すなわち、ステップ５０６にて、回転数が最終目標回転数に近いだけ仮設定した値とし、回転数が最終目標回転数から回転数Ｃ引いた値に近いだけ仮設定した値の半分とする。
【００８７】
ステップ５０５にて現在回転数が最終目標回転数からＣ回転数引いた値よりも低かった場合には、ステップ５０４にて仮設定していたＩ項の初期値をそのままＩ項初期値として設定する。
【００８８】
設定したＩ項初期値をステップ５０７にて設定した後、Ｉ項初期値設定を終了し、ステップ５０８にてリターンする。
【００８９】
Ｉ項初期値を設定することで、ＰＩ制御開始の前後で、ｑ軸電流設定値Ｉｑｓが大きく変化することを防ぐことができるので、初期ベクトル制御と回転数ＰＩ制御という異なる制御の前後でのモータトルクの変動を防ぎ、スムーズな制御の切替を行うことが出来る。また、ＰＩ制御開始時の回転数ｎに応じてＩｑｓを調節することで、目標の回転数に対するオーバシュートを防ぐことができる。
【００９０】
ステップ５０８のリターンにより、図６のステップ４０３のＩ項初期値設定のサブルー
チンが終了するので、説明を図６のステップ４０３以降に戻す。
【００９１】
ステップ４０４にてＰＩ制御で利用する目標の回転数を、時間と共に上げる。次にステップ４０５にて前記の目標の回転数を目指した回転数ＰＩ制御を実施し、結果としてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを設定する。次にステップ４０６にて前記のｑ軸電流設定値Ｉｑｓを目指したベクトル制御を実施し、さらにステップ４０７にてその結果をモータ駆動に利用する。次にステップ４０８にて目標回転数と、最終目標回転数とを比較し、目標回転数が最終目標回転数に達していない場合には、ステップ４０４に戻り、達している場合にはステップ４０９へ進む。
【００９２】
ステップ４０４からステップ４０８までの繰り返し動作により、モータの目標回転数を最終目標回転数に時間と共に上げていきながら、その目標回転数に追随させて回転数のＰＩ制御を実施することで、モータの回転数を応答性よく上げることができる。また、ステップ４０２で目標回転数の初期値を回転数ＰＩ制御移行時点のものとすること、およびステップ４０３でｑ軸電流設定値の初期値を回転数ＰＩ制御移行時点のものとすることにより、初期ベクトル制御から、回転数ＰＩ制御への移行時に制御パラメータが大きく不連続とならない為、制御移行時のモータの応答性の悪化を防ぐことが出来る。
【００９３】
ステップ４０９時点では、回転数ＰＩ制御する際の目標回転数が最終目標回転数に到達しているため、以降は目標回転数は最終目標回転数に固定化されることとなる。そのためステップ４０９ではＰ項ゲインＫｐ及びＩ項ゲインＫｉ１及びＫｉ２を定常回転制御用の所定の値に設定する。Ｋｉ２を設定することにより、ステップ４０９以降はＩ項の積分が実施されることになる。ステップ４０１での加速用設定のＰ項ゲインと比較して、ステップ４０９以降は目標回転数が変化しなくなるため、Ｐ項ゲインＫｐをより小さな値として設定することになる。
【００９４】
次にステップ４１０にて最終目標回転数を目指した回転数ＰＩ制御を実施し、結果としてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを設定する。次にステップ４１１にて前記のｑ軸電流設定値Ｉｑｓを目指したベクトル制御を実施し、さらにステップ４１２にてその結果をモータ駆動に利用する。次にステップ４１３にて洗いの攪拌動作を終了するかを判定して、終了の場合は制御を終了、継続する場合はステップ４１０に戻る。洗いの攪拌動作は、一般的に衣類と洗濯水が入った洗濯槽をモータで回転させる動作と、回転を停止させる動作を所定の時間繰り返すことによって実施される。そのため、ステップ４１３でのモータ制御終了の判定は、通常モータを起動してからの時間からカウントしたモータ駆動時間のタイムアウトで実施されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る洗濯機のモータ駆動装置は、回転と共に負荷が変動する状況でモータの起動直後から安定して回転を制御する必要のある洗濯機のモータ駆動装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ回路
４  モータ
４ａ  ロータ位置検出手段
５  電流検出手段
６  制御手段
【図１】
0005671696.tif 000005
【図２】
0005671696.tif 000006
【図３】
0005671696.tif 000007
【図４】
0005671696.tif 000008
【図５】
0005671696.tif 000009
【図６】
0005671696.tif 000010
【図７】
0005671696.tif 000011
【図８】
0005671696.tif 000012
【図９】
0005671696.tif 000013
【図１０】
0005671696.tif 000014